1. Die Notwendigkeit der Wasserrückhaltung
Alle Untergründe, die Mörtel benötigen, weisen eine gewisse Wasseraufnahme auf. Nimmt die Tragschicht Wasser aus dem Mörtel auf, verschlechtert sich dessen Verarbeitbarkeit. Im schlimmsten Fall hydratisiert der Zement im Mörtel nicht vollständig, was zu geringer Festigkeit führt, insbesondere an der Grenzfläche zwischen dem erhärteten Mörtel und der Tragschicht. Dies kann Risse und Abplatzungen des Mörtels zur Folge haben. Ein Putzmörtel mit geeignetem Wasserrückhaltevermögen verbessert nicht nur die Verarbeitbarkeit, sondern verhindert auch die Wasseraufnahme durch die Tragschicht und gewährleistet so eine ausreichende Hydratation des Zements.
2. Probleme mit herkömmlichen Methoden zur Wasserrückhaltung
Die herkömmliche Lösung besteht darin, den Untergrund zu bewässern. Dabei lässt sich jedoch keine gleichmäßige Durchfeuchtung gewährleisten. Idealerweise nimmt der Zementmörtel auf dem Untergrund Wasser auf, indem die Hydratationsprodukte des Zements zusammen mit dem Untergrund Wasser aufnehmen, in diesen eindringen und eine effektive Verbindung mit ihm eingehen, um die erforderliche Haftfestigkeit zu erreichen. Eine direkte Bewässerung der Untergrundoberfläche führt aufgrund von Unterschieden in Temperatur, Bewässerungsdauer und -gleichmäßigkeit zu einer ungleichmäßigen Wasseraufnahme. Der Untergrund selbst nimmt weniger Wasser auf und absorbiert weiterhin Wasser aus dem Mörtel. Bevor die Zementhydratation einsetzen kann, wird das Wasser absorbiert, was die Zementhydratation und das Eindringen der Hydratationsprodukte in die Matrix beeinträchtigt. Der Untergrund hingegen weist eine hohe Wasseraufnahme auf, und das Wasser aus dem Mörtel fließt langsam dorthin. Es kann sich sogar eine wasserreiche Schicht zwischen Mörtel und Matrix bilden, was die Haftfestigkeit ebenfalls beeinträchtigt. Daher wird die Verwendung der üblichen Methode der Untergrundbewässerung nicht nur das Problem der hohen Wasseraufnahme des Wandfundaments nicht effektiv lösen, sondern auch die Haftfestigkeit zwischen Mörtel und Untergrund beeinträchtigen, was zu Hohlräumen und Rissen führt.
3. Anforderungen an verschiedene Mörtel hinsichtlich der Wasserrückhaltung
Im Folgenden werden die Zielwerte für die Wasserrückhalterate von Putzmörtelprodukten vorgeschlagen, die in einem bestimmten Gebiet und in Gebieten mit ähnlichen Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen verwendet werden.
①Hochwasseraufnahmefähiger Untergrundputzmörtel
Stark wasserabsorbierende Untergründe wie luftporenbildender Beton, darunter verschiedene Leichtbauplatten, Blöcke usw., zeichnen sich durch hohe Wasseraufnahme und lange Haltbarkeit aus. Der für diese Art von Unterbau verwendete Putzmörtel sollte eine Wasserrückhalterate von mindestens 88 % aufweisen.
②Untergrundputzmörtel mit geringer Wasseraufnahme
Untergründe mit geringer Wasseraufnahme, wie beispielsweise Ortbeton oder Polystyrolplatten für die Außendämmung, weisen eine relativ geringe Wasseraufnahme auf. Der für solche Untergründe verwendete Putzmörtel sollte eine Wasserrückhalterate von mindestens 88 % aufweisen.
③ Dünnschicht-Putzmörtel
Dünnschichtputz bezeichnet eine Putzkonstruktion mit einer Putzschichtdicke zwischen 3 und 8 mm. Aufgrund der geringen Dicke neigt diese Putzart zu Feuchtigkeitsverlust, was die Verarbeitbarkeit und Festigkeit beeinträchtigt. Der für diese Putzart verwendete Mörtel muss eine Wasserrückhalterate von mindestens 99 % aufweisen.
④ Dicke Putzschicht
Dickschichtputz bezeichnet eine Putzkonstruktion, bei der die Dicke einer Putzschicht zwischen 8 mm und 20 mm liegt. Aufgrund der dicken Putzschicht verliert diese Art von Putzkonstruktion nur wenig Wasser, weshalb die Wasserrückhalterate des Putzmörtels mindestens 88 % betragen sollte.
⑤ Wasserfeste Kittmasse
Wasserbeständiger Kitt wird als ultradünnes Putzmaterial verwendet, die übliche Schichtdicke liegt zwischen 1 und 2 mm. Solche Materialien erfordern extrem hohe Wasserrückhalteeigenschaften, um Verarbeitbarkeit und Haftfestigkeit zu gewährleisten. Die Wasserrückhalterate von Kitt sollte mindestens 99 % betragen und für Außenwände höher sein als für Innenwände.
4. Arten von wasserhaltenden Materialien
Celluloseether
1) Methylcelluloseether (MC)
2) Hydroxypropylmethylcelluloseether (HPMC)
3) Hydroxyethylcelluloseether (HEC)
4) Carboxymethylcelluloseether (CMC)
5) Hydroxyethylmethylcelluloseether (HEMC)
Stärkeäther
1) Modifizierter Stärkeether
2) Guar-Äther
Modifiziertes mineralisches wasserbindendes Verdickungsmittel (Montmorillonit, Bentonit usw.)
Fünftens wird im Folgenden die Leistungsfähigkeit verschiedener Materialien untersucht.
1. Celluloseether
1.1 Überblick über Celluloseether
Celluloseether ist ein Sammelbegriff für eine Reihe von Produkten, die durch die Reaktion von Alkalicellulose mit einem Veretherungsmittel unter bestimmten Bedingungen entstehen. Unterschiedliche Celluloseether werden erhalten, da die Alkalifaser durch verschiedene Veretherungsmittel ersetzt wird. Entsprechend den Ionisierungseigenschaften ihrer Substituenten lassen sich Celluloseether in zwei Kategorien einteilen: ionische, wie beispielsweise Carboxymethylcellulose (CMC), und nichtionische, wie beispielsweise Methylcellulose (MC).
Nach Art der Substituenten lassen sich Celluloseether in Monoether, wie Methylcelluloseether (MC), und gemischte Ether, wie Hydroxyethylcarboxymethylcelluloseether (HECMC), unterteilen. Hinsichtlich ihrer Löslichkeit in verschiedenen Lösungsmitteln unterscheidet man zwischen wasserlöslichen und in organischen Lösungsmitteln löslichen Celluloseethern.
1.2 Hauptarten von Zellulose
Carboxymethylcellulose (CMC), praktischer Substitutionsgrad: 0,4-1,4; Veretherungsmittel, Monooxyessigsäure; Lösungsmittel, Wasser;
Carboxymethylhydroxyethylcellulose (CMHEC), praktischer Substitutionsgrad: 0,7-1,0; Veretherungsmittel, Monooxyessigsäure, Ethylenoxid; Lösungsmittel, Wasser;
Methylcellulose (MC), praktischer Substitutionsgrad: 1,5-2,4; Veretherungsmittel, Methylchlorid; Lösungsmittel, Wasser;
Hydroxyethylcellulose (HEC), praktischer Substitutionsgrad: 1,3-3,0; Veretherungsmittel, Ethylenoxid; Lösungsmittel, Wasser;
Hydroxyethylmethylcellulose (HEMC), praktischer Substitutionsgrad: 1,5-2,0; Veretherungsmittel, Ethylenoxid, Methylchlorid; Lösungsmittel, Wasser;
Hydroxypropylcellulose (HPC), praktischer Substitutionsgrad: 2,5-3,5; Veretherungsmittel, Propylenoxid; Lösungsmittel, Wasser;
Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), praktischer Substitutionsgrad: 1,5-2,0; Veretherungsmittel, Propylenoxid, Methylchlorid; Lösungsmittel, Wasser;
Ethylcellulose (EC), praktischer Substitutionsgrad: 2,3-2,6; Veretherungsmittel, Monochlorethan; Lösungsmittel, organisches Lösungsmittel;
Ethylhydroxyethylcellulose (EHEC), praktischer Substitutionsgrad: 2,4-2,8; Veretherungsmittel, Monochlorethan, Ethylenoxid; Lösungsmittel, organisches Lösungsmittel;
1.3 Eigenschaften der Cellulose
1.3.1 Methylcelluloseether (MC)
① Methylcellulose ist in kaltem Wasser löslich, in heißem Wasser jedoch schwer. Ihre wässrige Lösung ist im pH-Bereich von 3 bis 12 sehr stabil. Sie ist gut mit Stärke, Guarkernmehl etc. und vielen Tensiden verträglich. Bei Erreichen der Gelierungstemperatur tritt Gelierung ein.
② Die Wasserretention von Methylcellulose hängt von der Zugabemenge, der Viskosität, der Partikelfeinheit und der Auflösungsgeschwindigkeit ab. Im Allgemeinen gilt: Je größer die Zugabemenge, je geringer die Feinheit und je höher die Viskosität, desto höher die Wasserretention. Die Zugabemenge hat den größten Einfluss auf die Wasserretention, während die niedrigste Viskosität nicht direkt proportional zur Wasserretention ist. Die Auflösungsgeschwindigkeit hängt hauptsächlich vom Grad der Oberflächenmodifizierung der Cellulosepartikel und deren Feinheit ab. Unter den Celluloseethern weist Methylcellulose die höchste Wasserretentionsrate auf.
③ Temperaturänderungen beeinflussen die Wasserretention von Methylcellulose erheblich. Generell gilt: Je höher die Temperatur, desto geringer die Wasserretention. Übersteigt die Mörteltemperatur 40 °C, ist die Wasserretention der Methylcellulose sehr gering, was die Mörtelverarbeitung stark beeinträchtigt.
④ Methylcellulose hat einen signifikanten Einfluss auf die Verarbeitung und Haftung von Mörtel. Die „Haftung“ bezieht sich hier auf die Haftkraft zwischen dem Werkzeug des Verarbeiters und dem Wanduntergrund, also die Scherfestigkeit des Mörtels. Eine hohe Haftkraft führt zu einer hohen Scherfestigkeit des Mörtels, wodurch der Kraftaufwand beim Verarbeiten steigt und die Verarbeitungsqualität des Mörtels beeinträchtigt wird. In Celluloseetherprodukten ist die Methylcellulose-Haftung moderat.
1.3.2 Hydroxypropylmethylcelluloseether (HPMC)
Hydroxypropylmethylcellulose ist ein Faserprodukt, dessen Produktion und Verbrauch in den letzten Jahren rapide zugenommen haben.
Es handelt sich um einen nichtionischen Cellulose-Mischether, der aus raffinierter Baumwolle nach Alkalisierung unter Verwendung von Propylenoxid und Methylchlorid als Veretherungsmittel und durch eine Reihe von Reaktionen hergestellt wird. Der Substitutionsgrad liegt üblicherweise zwischen 1,5 und 2,0. Seine Eigenschaften variieren aufgrund des unterschiedlichen Verhältnisses von Methoxyl- und Hydroxypropylgehalt. Bei hohem Methoxyl- und niedrigem Hydroxypropylgehalt ähnelt das Material dem von Methylcellulose; bei niedrigem Methoxyl- und hohem Hydroxypropylgehalt ähnelt es dem von Hydroxypropylcellulose.
① Hydroxypropylmethylcellulose ist in kaltem Wasser leicht löslich, in heißem Wasser hingegen schwer. Ihre Gelierungstemperatur in heißem Wasser ist jedoch deutlich höher als die von Methylcellulose. Auch die Löslichkeit in kaltem Wasser ist im Vergleich zu Methylcellulose deutlich verbessert.
② Die Viskosität von Hydroxypropylmethylcellulose hängt von ihrem Molekulargewicht ab; je höher das Molekulargewicht, desto höher die Viskosität. Auch die Temperatur beeinflusst die Viskosität: Mit steigender Temperatur sinkt sie. Im Vergleich zu Methylcellulose ist die Viskosität von Hydroxypropylmethylcellulose jedoch weniger temperaturabhängig. Ihre Lösung ist bei Raumtemperatur stabil.
③ Das Wasserretentionsvermögen von Hydroxypropylmethylcellulose hängt von der Zugabemenge, der Viskosität usw. ab; bei gleicher Zugabemenge ist die Wasserretentionsrate höher als die von Methylcellulose.
④ Hydroxypropylmethylcellulose ist gegenüber Säuren und Laugen stabil, und ihre wässrige Lösung ist im pH-Bereich von 2 bis 12 sehr stabil. Natronlauge und Kalkwasser haben nur geringen Einfluss auf ihre Eigenschaften, Laugen hingegen beschleunigen die Auflösung und erhöhen die Viskosität leicht. Hydroxypropylmethylcellulose ist gegenüber gängigen Salzen stabil, jedoch steigt die Viskosität der Hydroxypropylmethylcellulose-Lösung bei hohen Salzkonzentrationen an.
⑤ Hydroxypropylmethylcellulose kann mit wasserlöslichen Polymeren zu einer homogenen und transparenten Lösung mit höherer Viskosität gemischt werden. Beispiele hierfür sind Polyvinylalkohol, Stärkeether, pflanzliche Gummiarten usw.
⑥ Hydroxypropylmethylcellulose weist eine bessere Enzymresistenz auf als Methylcellulose, und ihre Lösung wird weniger wahrscheinlich durch Enzyme abgebaut als Methylcellulose.
⑦Die Haftung von Hydroxypropylmethylcellulose an Mörtelkonstruktionen ist höher als die von Methylcellulose.
1.3.3 Hydroxyethylcelluloseether (HEC)
Es wird aus veredelter, mit Alkali behandelter Baumwolle hergestellt und in Gegenwart von Aceton mit Ethylenoxid als Veretherungsmittel umgesetzt. Der Substitutionsgrad liegt üblicherweise zwischen 1,5 und 2,0. Es ist stark hydrophil und nimmt Feuchtigkeit leicht auf.
① Hydroxyethylcellulose ist in kaltem Wasser löslich, jedoch schwer in heißem Wasser. Ihre Lösung ist bei hohen Temperaturen stabil und geliert nicht. Sie kann in Mörtel über längere Zeiträume bei hohen Temperaturen verwendet werden, weist aber eine geringere Wasserretention als Methylcellulose auf.
② Hydroxyethylcellulose ist gegenüber den meisten Säuren und Laugen stabil. Laugen können ihre Auflösung beschleunigen und ihre Viskosität leicht erhöhen. Ihre Dispergierbarkeit in Wasser ist etwas geringer als die von Methylcellulose und Hydroxypropylmethylcellulose.
③Hydroxyethylcellulose besitzt eine gute Standfestigkeit für Mörtel, benötigt jedoch länger zum Aushärten von Zement.
④Die Leistungsfähigkeit der von einigen inländischen Unternehmen hergestellten Hydroxyethylcellulose ist aufgrund ihres hohen Wasser- und Aschegehalts deutlich geringer als die der Methylcellulose.
1.3.4 Carboxymethylcelluloseether (CMC) wird aus Naturfasern (Baumwolle, Hanf usw.) nach Alkalibehandlung unter Verwendung von Natriummonochloracetat als Veretherungsmittel und anschließender Reihe von Reaktionsbehandlungen zu ionischem Celluloseether hergestellt. Der Substitutionsgrad liegt üblicherweise zwischen 0,4 und 1,4, und seine Eigenschaften werden maßgeblich vom Substitutionsgrad beeinflusst.
①Carboxymethylcellulose ist stark hygroskopisch und enthält bei Lagerung unter normalen Bedingungen eine große Menge Wasser.
② Eine wässrige Lösung von Hydroxymethylcellulose bildet kein Gel, und ihre Viskosität nimmt mit steigender Temperatur ab. Oberhalb von 50 °C ist die Viskositätsänderung irreversibel.
③ Seine Stabilität wird stark vom pH-Wert beeinflusst. Im Allgemeinen kann es in Gipsmörtel, jedoch nicht in Zementmörtel verwendet werden. Bei stark alkalischem Milieu verliert es an Viskosität.
④ Seine Wasserretention ist deutlich geringer als die von Methylcellulose. Es hemmt die Aushärtung von Gipsmörtel und verringert dessen Festigkeit. Der Preis von Carboxymethylcellulose ist jedoch wesentlich niedriger als der von Methylcellulose.
2. Modifizierter Stärkeether
Die in Mörteln üblicherweise verwendeten Stärkeether werden aus natürlichen Polymeren bestimmter Polysaccharide hergestellt. Beispiele hierfür sind Kartoffeln, Mais, Maniok und Guarbohnen, die zu verschiedenen modifizierten Stärkeethern verarbeitet werden. Zu den in Mörteln gebräuchlichen Stärkeethern zählen Hydroxypropylstärkeether und Hydroxymethylstärkeether.
Stärkeether aus Kartoffeln, Mais und Maniok weisen im Allgemeinen eine deutlich geringere Wasserretention auf als Celluloseether. Aufgrund ihres unterschiedlichen Modifizierungsgrades zeigen sie eine unterschiedliche Säure- und Laugenstabilität. Einige Produkte eignen sich für die Verwendung in Gipsmörteln, andere hingegen nicht in zementgebundenen Mörteln. Stärkeether werden in Mörteln hauptsächlich als Verdickungsmittel eingesetzt, um die Standfestigkeit zu verbessern, die Haftung von Nassmörtel zu verringern und die Verarbeitungszeit zu verlängern.
Stärkeether werden häufig zusammen mit Cellulose verwendet, wodurch sich die Eigenschaften und Vorteile beider Produkte ergänzen. Da Stärkeetherprodukte deutlich günstiger sind als Celluloseether, führt der Einsatz von Stärkeether in Mörtel zu einer signifikanten Kostenreduzierung bei Mörtelrezepturen.
3. Guarkernmehläther
Guarkernmehlether ist ein verethertes Polysaccharid mit besonderen Eigenschaften, das aus natürlichen Guarbohnen gewonnen wird. Hauptsächlich durch die Veretherungsreaktion zwischen Guarkernmehl und Acrylgruppen entsteht eine Struktur mit 2-Hydroxypropylgruppen, die eine Polygalactomannose-Struktur aufweist.
① Im Vergleich zu Celluloseether ist Guarkernmehlether leichter in Wasser löslich. Der pH-Wert hat im Grunde keinen Einfluss auf die Eigenschaften von Guarkernmehlether.
② Bei niedriger Viskosität und geringer Dosierung kann Guarkernmehl Celluloseether in gleicher Menge ersetzen und weist ein ähnliches Wasserbindungsvermögen auf. Konsistenz, Standfestigkeit, Thixotropie usw. werden jedoch deutlich verbessert.
③ Bei hoher Viskosität und großer Dosierung kann Guarkernmehl Celluloseether nicht ersetzen; eine gemischte Verwendung beider Stoffe führt zu besseren Ergebnissen.
④ Die Zugabe von Guarkernmehl zu Gipsmörtel kann die Haftung während des Bauprozesses deutlich verringern und zu einer glatteren Oberfläche führen. Sie hat keinen negativen Einfluss auf die Abbindezeit und die Festigkeit des Gipsmörtels.
⑤ Wenn Guarkernmehl in zementgebundenem Mauerwerks- und Putzmörtel verwendet wird, kann es Celluloseether in gleicher Menge ersetzen und dem Mörtel eine bessere Standfestigkeit, Thixotropie und Glätte der Konstruktion verleihen.
⑥In Mörteln mit hoher Viskosität und hohem Gehalt an Wasserrückhaltemitteln wirken Guarkernmehl und Celluloseether zusammen, um hervorragende Ergebnisse zu erzielen.
⑦ Guarkernmehl kann auch in Produkten wie Fliesenklebern, selbstnivellierenden Bodenausgleichsmitteln, wasserfestem Kitt und Polymermörtel zur Wandisolierung verwendet werden.
4. Modifiziertes mineralisches wasserbindendes Verdickungsmittel
In China findet ein aus natürlichen Mineralien hergestelltes, durch Modifizierung und Compoundierung hergestelltes wasserbindendes Verdickungsmittel Anwendung. Zu den wichtigsten Mineralien, die zur Herstellung solcher Verdickungsmittel verwendet werden, zählen Sepiolith, Bentonit, Montmorillonit und Kaolin. Durch Modifizierung mit Haftvermittlern weisen diese Mineralien bestimmte wasserbindende und verdickende Eigenschaften auf. Das so in Mörtel verwendete wasserbindende Verdickungsmittel besitzt folgende Eigenschaften:
① Es kann die Eigenschaften von normalem Mörtel deutlich verbessern und die Probleme der schlechten Verarbeitbarkeit von Zementmörtel, der geringen Festigkeit von Mischmörtel und der mangelhaften Wasserbeständigkeit lösen.
② Es können Mörtelprodukte mit unterschiedlichen Festigkeitsstufen für allgemeine Industrie- und Wohnbauten formuliert werden.
③Die Materialkosten sind niedrig.
④ Die Wasserretention ist geringer als bei organischen Wasserretentionsmitteln, der Trockenschwindungswert des hergestellten Mörtels ist relativ groß und die Kohäsion ist reduziert.
Veröffentlichungsdatum: 03.03.2023